Question

自1913年工業(yè)合成氨投產(chǎn)以來，合成氨工業(yè)不斷發(fā)展，氨又可以進(jìn)一步制備硝酸，在工業(yè)上可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)．請(qǐng)回答下列問題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
寫出氨氣經(jīng)催化氧化生成一氧化氮?dú)怏w和水蒸氣的熱化學(xué)方程式：

 

．
（2）在一定條件下，合成塔中氮?dú)夂蜌錃獾钠鹗紳舛确謩e為a mol?L^-1和b mol?L^-1，反應(yīng)為：N₂+3H₂?2NH₃，氨氣的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．在10min時(shí)采取的措施是

 

，點(diǎn)A的平衡常數(shù)K

 

（填“＜”、“＞”或“=”）B點(diǎn)的平衡常數(shù)．

（3）若合成塔內(nèi)生成17g氨氣放出45.5kJ熱量，在圖2坐標(biāo)上畫出該合成氨反應(yīng)過程中能量隨時(shí)間的變化示意圖．
（4）在一定體積的恒容密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度t的關(guān)系如下表：

t/K	298	398	498	…
K	4.1×106	K1	K2	…

①比較K₁、K₂的大小：K₁

 

K₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

（填序號(hào)）．
A．2v_正（H₂）（正）=3v_逆（NH₃）            B．v_正（N₂）=3v_逆（H₂）
C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變                    D．混合氣體的密度保持不變
（5）在一定溫度和催化劑下，將6.4mol H₂和2.4molN₂混合于一個(gè)容積為4L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，在3min末時(shí)反應(yīng)恰好達(dá)平衡，此時(shí)生成了1.6mol NH₃．計(jì)算該條件下的平衡常數(shù)（寫出計(jì)算過程）．

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）由反應(yīng)速率為單位時(shí)間內(nèi)濃度的變化量來計(jì)算氨氣的反應(yīng)速率，再利用反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；由圖可知10min時(shí)氨氣的濃度瞬間減小，平衡常數(shù)為生成物濃度冪之比與反應(yīng)物濃度冪之比的比，溫度不變，則化學(xué)平衡K不變；
（3）生成17g氨氣放出46.6kJ熱量，即生成1molNH₃放出熱量46.6kJ，反應(yīng)物的能量高，生成物的能量低，依據(jù)能量變化先畫出化學(xué)反應(yīng)能量變化的圖象；
（4）①平衡常數(shù)隨溫度變化，與壓強(qiáng)和濃度變化無關(guān)，平衡常數(shù)變化結(jié)合反應(yīng)一定原理分析判斷；
②直接標(biāo)志：①速率關(guān)系：正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，②反應(yīng)體系中各物質(zhì)的百分含量保持不變．
間接標(biāo)志：①混合氣體的總壓強(qiáng)、總體積、總物質(zhì)的量不隨時(shí)間的改變而改變（m+n≠p+q）；②各物質(zhì)的濃度、物質(zhì)的量不隨時(shí)間的改變而改變；③各氣體的體積、各氣體的分壓不隨時(shí)間的改變而改變；

解答：解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
由蓋斯定律③×3-②×2+①×2得到熱化學(xué)方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol；
（2）由圖可知10min時(shí)氨氣的濃度瞬間減小，則采取的措施為移去部分氨氣，因A和B點(diǎn)的溫度相對(duì)，則化學(xué)平衡常數(shù)K相等，
故答案為：移去部分氨氣；=；
（3）由題意可知生成1molNH₃放出熱量46.6kJ，反應(yīng)物的能量高，生成物的能量低，如圖，
故答案為：；
（4）①在一定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，K₁＞K₂；
故答案為：＞；    
②平衡標(biāo)志最根本的依據(jù)是正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)混合物中各組分的含量保持不變；
A、速率之比等于系數(shù)之比，2V_H2（正）=3V_NH3（逆），說明氨氣的正反應(yīng)速率等于氨氣的逆反應(yīng)速率，反應(yīng)達(dá)到平衡，故A符合；
B、速率之比等于系數(shù)之比，v_正（N₂）=3v_逆（H₂）不符合速率之比等于系數(shù)之比，故B不符合；
C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，反應(yīng)前后氣體體積減小，壓強(qiáng)不變，說明平衡不變，故C符合；
D．反應(yīng)體系中 物質(zhì)質(zhì)量守恒，體積相同，密度不變，反應(yīng)進(jìn)行過程中，平衡狀態(tài)混合氣體的密度保持不變，故D不符合；
故答案為：AC；
（5）N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）
起始物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.6      1.6         0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.2      0.6         0.4
平衡物質(zhì)的量濃度（mol/L）  0.4      1           0.4    
k=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

0．42

0.4×13

=0.4（L/mol）²；
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）
起始物質(zhì)的量濃度（mol/L） 0.6     1.6      0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度（mol/L） 0.2     0.6     0.4
平衡物質(zhì)的量濃度（mol/L） 0.4     1      0.4
k=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

0．42

0.4×13

=0.4（L/mol）²．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)能量變化圖象分析，平衡標(biāo)志、平衡常數(shù)和平衡計(jì)算的判斷計(jì)算是解題關(guān)鍵，題目難度中等．